《材料物理性能》课程教学大纲-r

《材料物理性能》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料物理性能英文名称：PropertiesofMaterialPhysics二、课程代码及性质课程代码:0801151课程性质:学科专业基础课程,必修课三、学时与学分总学时：32（理论学时：32学时；实践学时：0学时）学分：2四、先修课程大学物理、材料科学基础、热处理原理与工艺五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1.系统掌握材料物理性能方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决材料科学与工程专业中的功能材料选择和应用技术复杂问题的能力；2.掌握各种物理性能的本质，具备独立进行物理性能分析和测量的能力；3.理解不同类型物理性能与材料的不同层次的结构和组织之间的对应关系，具性能的研究，实现对材料结构和相变（结构变化）的表征的能力；4．了解功能材料及制备和应用技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向。表1课程目标对毕业要求的支撑关系本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求毕业要求1识能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。1.4掌握了用于解决材料科学与工程复杂问题1本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求及其指标点指标点的工程检测与控制基础知识。毕业要求课程目标1.5系统掌握了专业知识，能够将所学知识用1、课程目标2、课程目标32.1效结论。如：复杂的模具失效分析。2.2能够应用物理、化学基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，获得有效结论。如：物理综合实验。毕业要求2析能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。2.3能够应用力学基本原理，识别、表达、并论。如：工程力学综合实验。2.4结论。毕业要求：设计/3.1开发解决方案掌握解决复杂工程问题的设计方法。能够设计针对复杂3.2在考虑法律、健康、安全、文化、社会以工程问题的解决方课程目标案，设计满足特定3、课程目需求的系统、单元标4（部件）或工艺流的系统、单元（部件）或工艺流程的能力。程，并能够在设计环节中体现创新意结论。果进行正确分析能力。2本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求4.4了解常见的材料科学与工程常用设备、实课程目标验仪器及实验方法，具备调控设备及仪器参数，进行测控和维护的能力。2、课程目标4会、健康、安全、7.1了解材料科学与工程的专业特征、学科前毕业要求7课程目标4可持续发展的重要性。理解并遵守工程职8.3在工程实践中，理解工程师的职业性质、3本课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。10.1差异，具有一定的跨文化交流能力。10.2了解本专业领域及其相关行业的国内外能力。10.3能够应用现代工具撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，就复杂的专业工程问题进行有效沟通和交流。11.1了解材料科学工程管理和经济决策的基方法。理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。11.3境中加于应用。12.3能够适应社会进步与发展，与时代同步。展的能力。七、教学重点与难点：教学重点：4于材料成分、结构和组织微观本质。教学难点：材料物理性能中的电学性能、介电性能、热学性能、光学性能和磁学性能的微观机理和宏观性能内在联系的定量描述，以及各种性能之间的逻辑关系。八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观;(2)收集典型功能材料应用实物,在课堂上进行针对性讲授。九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。表2基本教学内容与学时安排课堂（学习、讨课外（准备、复试、材料物理性能概论材料的电学性能材料的介电性能材料的热学性能材料的光学性能材料的磁学性能123456268466268466（）具体内容各章节的具体内容如下：第一章材料物理性能概论(2学时)1.1材料的分类1.2材料物理性能本构关系1.3材料物理性能的研究方法及描述1.4数值分析方法在材料物理性能研究中的应用1.5功能材料的性能、应用与发展第二章材料的电学性能(6学时)2.1概念和原理2.2导体、绝缘体和半导体的能带2.3金属的导电性2.4离子导体2.5半导体的电学性能2.6超导电性52.7材料导电性的测量2.8材料的电阻分析第三章材料的介电性能(8学时)3.1电介质及其极化3.1.1平板电容器3.1.2极化相关物理量3.1.3电介质极化的机制3.1.4宏观极化强度与微观极化率关系3.2交变电场下的电介质3.2.1复介电常数和介质损耗3.2.2电介质弛豫和频率响应3.2.3介电损耗分析3.3电介质在电场中的破坏3.3.1介电强度和介电击穿3.3.2影响无机材料击穿强度的各种因素3.4压电性能和热释电性能3.4.1压电性与材料结构关系3.4.2热释电性与材料结构关系3.5铁电性3.5.1铁电体的起源与晶体结构3.5.2铁电体的临界性能3.5.3压电、铁电材料及其应用3.6介电测量简介第四章材料的热学性能(4学时)4.1材料的热学概念4.2材料的热焓和热容4.3材料的热膨胀4.4材料的热传导4.5材料的热电性4.6材料的热分析及其应用第五章材料的光学性能(6学时)5.1光学性能概述5.2光的本性5.3介质对光的反射和折射5.4材料对光的吸收和色散5.5晶体的双折射和二向色性5.6介质的光散射5.7材料的光发射5.8材料的受激辐射和激光第六章材料的磁学性能(6学时)66.1材料的磁学性能与发展6.2磁性的宏观特征6.3抗磁性和顺磁性6.4磁性的物理本质6.5磁各向异性6.6磁致伸缩效应和磁弹性能6.7铁磁性与自发磁化6.8技术磁化和反磁化过程6.9动态磁化特性6.10铁磁性材料（）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求第1章思考题：1.材料的分类方法有哪些?2.如何描述材料物理性能的本构关系?3.数值分析方法在研究材料物理性能中有何优势?第2章思考题：1．简述经典自由电子理论、量子自由电子理论和能带理论。2．材料结构参数如何影响电子导电的电导率？3．为什么金属的电阻温度系数是正的？4．试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷（冷加工或高温淬火）时为什么电阻测量要在低温下进行？5．试基于一维晶体模型说明离子导导电的微观机理？6．试推导离子电导与扩散系数之间的关系，并说明离子电导的影响因素。7．什么是快离子导体？请举例说明快离子导体材料成分及结构特点。8.说明半导体少数载流子的行为。9.试推导半导体电阻率测量的四探针法原理。10.举例说明电阻法分析在材料研究中的应用。第3章思考题：1．什么是电介质?什么是电介质的极化？2．试述电介质极化的微观机理有哪几种，及其材料的微观结构关系。3．采用玻尔原子模型来分析电子位移极化率。4．试述极化率、介电常数与频率的关系。5．试推导克劳修斯-莫索蒂方程，并说明克劳修斯-莫索蒂方程的意义及其适用范围。6．介电材料的类型有哪些？举例说明介电材料的典型应用。7．什么是介质损耗？说明其产生的原因。8．如何表征介电损耗？9．试阐述德拜方程物理意义？10．说明电介质在电场中的破坏形式及其原因。11．以石英晶体为例，试说明压电现象产生及其对材料结构要求。712．何谓热释电性效应，热释电性能对晶体结构有何要求？13．试述铁电性、压电性和热释电性的关系。第4章思考题：1．试述固体热容理论的发展？2．说明合金成分对热容的影响，材料的相变对热容有何影响？3．试述差热分析(DTA)和差示扫描量热法(DSC)的原理及应用。4．基于双原子模型，说明热膨胀性能的微观机制。5．热膨胀系数与热容有何关系。6．试分析热膨胀系数的影响因素。7．如何用千分表简易测量热膨胀系数？8．举例说明膨胀法在材料研究中的应用。9．试举例说明膨胀合金典型应用。第5章思考题：1．电磁波的本质是什么？说明电磁波对视觉和光学仪器测量的作用。2．材料折射率的影响因素？3．说明光导纤维工作原理及其对材料和结构要求。4．说明产生光吸收的原因。什么是均匀吸收和选择吸收？5．简要说明介质的光散射？6．解释瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。说明它们在材料分析中的应用。第6章思考题：1．什么是材料磁化现象，宏观上如何描述材料的磁性？2．物质的磁性如何划分，一般分成几种？3．试述材料抗磁性和顺磁性的物理本质。4．何谓磁晶各向异性和各向异性能？5．什么是铁磁性？铁磁性有什么特点？6．说明铁磁体的形状各向异性。7．什么是自发磁化？如何用量子力学解释材料的自发磁化？铁磁性产生的条件是什么？8．以天然铁氧体（四氧化三铁）为例，试述亚铁磁性物质从成分和结构上有什么特点。9．什么是技术磁化？分析材料的组织结构对技术磁化作用。10．试分析影响金属及其合金铁磁性的因素？11.试说明如何基于材料磁性分析方法来研究过冷奥氏体的等温转变。讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%2、每位学生，根据自己的兴趣，完成1种典型功能材料应用原理和技术介绍，用PPT展示汇报（时间不超过10价与交流。汇报表现与成绩，按约10%计入课程总成绩。8十、教学参考书及文献教学参考书：1.田莳编著.材料物理性能.北京：北京航空航天大学出版社.2004年4月第2版；2.年6月第1版.；3.中国金属学会,中国有色金属学会.金属材料物理性能手册,第一册金属物理性能及测试方法.北京：冶金工业出版社.1987年12月第1版；4.邱成军、王元化、王义杰主编.